電影唐人街探案中，警官唐仁和侄子秦風(fēng) 不斷到案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)查找證據(jù)，查閱卷宗分析人物，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的推理，最終發(fā)現(xiàn)了幕后真兇。Intel/Micron突然發(fā)布了3D XPoint技術(shù)，令很多人措手不及，他倆還不告訴你3D XPoint的來(lái)龍去脈，遮遮掩掩。搞得神神秘秘，坊間各種傳聞，有的說(shuō)是好兄弟Intel/Micron從大學(xué)買(mǎi)的專(zhuān)利，有的說(shuō)是PCM存儲(chǔ)器，那到底是什么？冰凍三尺，非一日之寒，一門(mén)功夫，不可能沒(méi)有傳承，突然就能練成，獨(dú)霸武林。今天，阿呆就帶你順藤摸瓜，分析案情，讓3D XPoint的真實(shí)身份大白于天下。（主要參考引用中Jason Mick的博客）

不是ReRAM

首先，我們來(lái)一一分析目前江湖上存世的存儲(chǔ)器技術(shù)。有人告訴ComputerWorld的記者，XP不是ReRAM（見(jiàn)百度百科），也不是憶阻器（memristor，參見(jiàn)http://baike.baidu.com/view/1311431.htm
）技術(shù)，這兩個(gè)都是電阻式記憶體。任教于加州大學(xué)伯克利分校，并且是新竹交通大學(xué)電子工程系榮譽(yù)教授的蔡少棠（Leon Chua），37年前就預(yù)測(cè)有第四個(gè)元件的存在，即憶阻器（memristor），實(shí)際上就是一個(gè)有記憶功能的非線性電阻器。

我們來(lái)回顧一下歷史。以前的存儲(chǔ)介質(zhì)，基本被機(jī)械硬盤(pán)HDD所統(tǒng)治，但是這位老大哥速度很慢，所幸的是，最近10年來(lái)，速度更快的基于NAND Flash的SSD快速發(fā)展，漸漸在取代HDD。NAND Flash的SSD有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？

• 優(yōu)點(diǎn)

• 讀寫(xiě)速度快；

• 功耗低；

• 缺點(diǎn)

• 貴，不過(guò)3D NAND提升了密度，成本自然就下降了；

• 有擦寫(xiě)壽命限制；

• 寫(xiě)完后持久存放（若干年）后數(shù)據(jù)有概率會(huì)丟失；

混一存儲(chǔ)器

看到NAND有這么多缺點(diǎn)還混得風(fēng)生水起，名噪江湖，很多還默默無(wú)聞的高手都想來(lái)挑戰(zhàn)它。有一種存儲(chǔ)器叫做混一存儲(chǔ)器。什么？你要混一存儲(chǔ)器江湖，要知道DRAM和NAND Flash是當(dāng)前的王者，誰(shuí)能擊敗兩大高手，待俺細(xì)細(xì)道來(lái)。

NAND Flash用在SSD上，使用SATA接口，更快的用SAS，甚至PCIe接口，看起來(lái)很快了吧。其實(shí)最快的還是DRAM，可以支持字節(jié)級(jí)別的訪問(wèn)，可用來(lái)做內(nèi)存，可是梅長(zhǎng)蘇這么有才，偏偏體弱多病，壽命不長(zhǎng)啊。DRAM上的數(shù)據(jù)如果不通電，馬上就飛了。所以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)同時(shí)使用DRAM和NAND Flash存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

最新的Haswell-E/Broadwell處理器兼容的DDR4內(nèi)存，讀寫(xiě)速度可達(dá)61GB/s, 46GB/s，而一個(gè)lane的PCIe SSD理論上最高只能到1GB/s（PCIe 3.0），或者0.5GB/s(PCIe 2.0)，一般用4個(gè)lane，就是4GB/s或2GB/s.更慢的SATA理論上最高是600MB/s.當(dāng)然，HDD就非常慢了，西部數(shù)據(jù)的VelociRaptor HDD順序讀寫(xiě)速度分別為215MB/s,140MB/s。

所以，盡管PCIe SSD相比HDD快20多倍，DDR 4卻是它的十幾倍。最好是能找到和DRAM一樣速度，數(shù)據(jù)也不會(huì)掉電丟失的存儲(chǔ)器。江湖上有這么多自稱(chēng)有才的大俠：

• 憶阻器：ReRAM；

• 鐵電存儲(chǔ)器：FeRAM；

• 磁阻RAM：MRAM；

• 相變存儲(chǔ)器：PRAM，PCM；

• 導(dǎo)電橋接RAM：cbRAM，又稱(chēng)可編程金屬元存儲(chǔ)器PMC；

• SONOS RAM: Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon；

• 導(dǎo)電金屬氧化物存儲(chǔ)器：CMOx。

如下圖，它們很多都采用了crossbar技術(shù)，其實(shí)就是wordline, bitline組成的存儲(chǔ)棧，棧里面基礎(chǔ)是存儲(chǔ)單元和交換單元。

圖說(shuō)存儲(chǔ)器歷史

Intel聲稱(chēng)3D XPoint比Flash更便宜，省電，速度快，不過(guò)這篇文章寫(xiě)的早，說(shuō)的不一定對(duì)。SSDFans之前也介紹過(guò)，XPoint比NAND要貴，比DRAM便宜。

自從集成電路發(fā)明以來(lái)，存儲(chǔ)器的江湖，總是有青年高手冒出來(lái)，身懷獨(dú)門(mén)絕技，后來(lái)成了江湖大佬。今天咱們來(lái)回顧一下存儲(chǔ)器的發(fā)展史:

3D XPoint == PCM?

這個(gè)圖是Intel為了宣傳自己的XPoint做的，其實(shí)現(xiàn)在還有前文中列的那么多存儲(chǔ)器，比如Everspin和Freescale就合作推出了MRAM芯片，下圖是各種新型存儲(chǔ)器青年才俊的容量成長(zhǎng)之路?？梢钥闯?，F(xiàn)eRAM和MRAM還比較弱，不可能突然牛掰起來(lái)。Intel已經(jīng)說(shuō)了不是RRAM。所以，做一個(gè)簡(jiǎn)單的排除法，我們大概知道了XPoint就是相變存儲(chǔ)器PCM：PRAM。

Intel的好兄弟Micron一直以來(lái)在PCM上花了很多錢(qián)，2013年宣布實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。Micron還把PRAM用到了諾基亞的Asha手機(jī)里面，1Gb的容量，寫(xiě)速度高達(dá)400MB/s。諾基亞手機(jī)的新東家微軟說(shuō)，Micron的PCM工藝還不夠成熟，決定研發(fā)下一代PCM技術(shù)，降低功耗和成本，提高性能。所以，XPoint很可能就是PCM的下一代技術(shù)。

Intel的PCM大戰(zhàn)略

2014年十一月，Intel悄悄滴發(fā)布了新處理器架構(gòu)Skylake的指令集，便有有心人發(fā)現(xiàn)多了對(duì)持久性內(nèi)存（掉點(diǎn)數(shù)據(jù)不丟失）的支持，暗示了有一種未來(lái)的新型存儲(chǔ)器。

同時(shí)，有人發(fā)現(xiàn)Intel/Micron已經(jīng)為NVM技術(shù)申請(qǐng)了不少相關(guān)專(zhuān)利。這些專(zhuān)利暗示XPoint是PCM/PRAM存儲(chǔ)器的下一代產(chǎn)品。而且，Intel基本上未來(lái)會(huì)做三大布局：

• 未來(lái)的Xeon Phi處理器可能會(huì)和可持久保存的混一存儲(chǔ)器封裝在一起。

• 未來(lái)的GPU（或者On-Die-GPU，dGPU）也會(huì)自帶持久性內(nèi)存（和GPU封裝在一起），緩存。

• PC和移動(dòng)設(shè)備配備持久性存儲(chǔ)芯片。

如下圖，Intel打算把GPU封裝在一起的DRAM替換為PCM。

當(dāng)前頂級(jí)的GPU內(nèi)存是NVIDIA的Titan Z，配了16GB DRAM內(nèi)存，但是土豪Intel有了便宜的PCM，所以他專(zhuān)利里面打算在GPU配64GB內(nèi)存，這樣就能玩4K分辨率的游戲了！

Intel也推出了新的計(jì)算存儲(chǔ)架構(gòu)：DRAM下再跟一個(gè)PCM存儲(chǔ)層，掉電后保持?jǐn)?shù)據(jù)，保存固件等數(shù)據(jù)，可以快速啟動(dòng)。可能第三代Xeon Phi處理器Knights Hill就會(huì)應(yīng)用這種技術(shù)。

總之，為了盡可能用好PCM技術(shù)，Intel申請(qǐng)了一大堆專(zhuān)利，把能想到的應(yīng)用都想出來(lái)，真是用心良苦啊。Intel認(rèn)為PCM一開(kāi)始比NAND貴，但是遲早會(huì)降低成本，比NAND還便宜，所以靠NAND SSD吃飯的各位，等著有一天顫抖吧~~~

Micron的專(zhuān)利Crosspoint泄露了秘密

Intel的好隊(duì)友Micron在有個(gè)專(zhuān)利里面提到了Crosspoint技術(shù)，如下圖。聽(tīng)到Crosspoint，你是不是立馬想起了X-Point？

你想的可能是對(duì)的，因?yàn)镮ntel/Micron還公布了XPoint的結(jié)構(gòu)圖，真的太像了。

真相大白

我們經(jīng)過(guò)案情分析，推理出XPoint就是新一代的PCM存儲(chǔ)器，又稱(chēng)相變存儲(chǔ)器。那么，你肯定想知道這個(gè)PCM到底是個(gè)什么東東，本文就為你揭開(kāi)PCM的神秘面紗。

固體物理課開(kāi)講

阿呆本科在南七技校讀物理，碰巧學(xué)了固體物理，所以看到下面這些圖有些似曾相識(shí)的感覺(jué)。希望你不要頭大，因?yàn)閷W(xué)物理的已經(jīng)頭大了。

所謂的相變存儲(chǔ)器，就是在原子級(jí)別發(fā)生了相變，利用這個(gè)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。就像是玻璃經(jīng)過(guò)相變成了晶體。這個(gè)還是很好理解的，想想我們最常見(jiàn)的水，液體的時(shí)候形狀不定，但是溫度降低后，就發(fā)生相變，成為了固體——雪，雪就是晶體，有著穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，如下圖，左邊是玻璃態(tài)，右邊是晶體態(tài)，明顯，晶體態(tài)更整齊。

半導(dǎo)體課開(kāi)講

物理原理講完了，就開(kāi)始電氣原理了。不像DRAM里面有晶體管，PCM其實(shí)是一種微小的電阻作用，使得玻璃融化，相變?yōu)榫w。技術(shù)日新月異，現(xiàn)在人類(lèi)已經(jīng)能高效地控制這種物理作用了，曾經(jīng)寫(xiě)需要幾微秒，讀幾納秒，現(xiàn)在，PCM已經(jīng)能到到皮秒的量級(jí)了，就是納秒的1000分之一，1秒的10^-12。